Устройство для магнитной обработки жидкости

 

Изобретение относится к устройствам для магнитной обработки жидкостей и может быть использовано для предотвращения образования асфальтосмолопарафинных отложений в нефтепромысловом оборудовании и в ходе магнитной обработки закачиваемой в скважины воды при нефтедобыче, а также в системах водо- и теплоснабжения для предотвращения накипеобразования и снижения коррозионной активности водных систем. Устройство содержит корпус-трубопровод из магнитомягкого материала и закрепленную на его оси магнитную систему в виде установленных по длине корпуса радиально намагниченных постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности с каналом для жидкости между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью корпуса. Между магнитами расположены аксиально намагниченные магниты с чередующимися направлениями намагниченности. Полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода полюсов радиально намагниченных магнитов совпадают с полярностями обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных магнитов. Внешний диаметр радиально намагниченных магнитов меньше внешнего диаметра аксиально намагниченных магнитов. Между аксиально и радиально намагниченными магнитами установлены вставки из немагнитного материала. Аксиально намагниченные магниты и вставки выполнены составными. Технический результат состоит в повышении эффективности обработки за счет увеличения амплитуды и градиента напряженности магнитного поля. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области устройств для магнитной обработки жидкостей и может быть использовано для предотвращения образования асфальтосмолопарафинных отложений в нефтепромысловом оборудовании и в ходе магнитной обработки закачиваемой в скважины воды при нефтедобыче, а также в системах водо- и теплоснабжения для предотвращения накипеобразования и снижения коррозионной активности водных систем.

Известно устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус-трубопровод из магнитомягкого материала и закрепленную на его оси магнитную систему, представляющую собой последовательность установленных вдоль длины трубопровода постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности, при этом постоянные магниты имеют аксиальную намагниченность, а между постоянными магнитами размещены магнитомягкие полюсные наконечники. Поток обрабатываемой магнитным полем жидкости протекает по зазору кольцевого сечения между магнитной системой и корпусом-трубопроводом [Классен В.И. Омагничивание водных систем. - М.: Изд-во "Химия", 1978, с. 115].

В связи с тем, что суммарный магнитный поток постоянных магнитов в этом устройстве оказывается распределенным по поверхностям полюсных наконечников магнитной системы, недостатками этого устройства являются низкие амплитуды и градиенты напряженности магнитного поля вдоль внешней поверхности магнитной системы в канале для протекающей жидкости, что снижает эффективность магнитной обработки жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для омагничивания жидкости, содержащее корпус-трубопровод из магнитомягкого материала и закрепленную на его оси магнитную систему, представляющую собой последовательность установленных вдоль длины корпуса-трубопровода постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности, при этом постоянные магниты имеют радиальную намагниченность, размещены на магнитопроводе и снабжены полюсными наконечниками, образующими с корпусом рабочие зазоры, а между постоянными магнитами размещены проставки из немагнитного материала. Поток обрабатываемой магнитным полем жидкости в этом устройстве также протекает по зазору кольцевого сечения между магнитной системой и корпусом-трубопроводом. Внешняя поверхность магнитной системы с немагнитными проставками между магнитами и полюсными наконечниками на магнитах имеет форму цилиндра [Патент РФ 2119459, кл. С02F 1/48, заявл. 20.05.97, опубл. 27.09.98 (Бюл. 27)].

В связи с тем, что суммарный магнитный поток постоянных магнитов и в этом устройстве также оказывается распределенным по поверхностям полюсных наконечников магнитной системы, недостатками такого устройства также являются недостаточно высокие амплитуды и градиенты напряженности магнитного поля вдоль внешней поверхности магнитной системы в канале для протекающей жидкости, что снижает эффективность магнитной обработки жидкостей. Кроме того, использование полюсных наконечников, установленных на внешней цилиндрической поверхности радиально намагниченных постоянных магнитов, также ведет к снижению напряженности магнитного поля в зазоре для протекающей жидкости из-за увеличения потерь магнитной энергии на рассеяние магнитного потока и к нерациональному использованию объема постоянных магнитов.

Задачей настоящего изобретения является увеличение амплитуды и градиента напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля с целью повышения эффективности магнитной обработки жидкостей.

Для решения поставленной задачи в устройстве для магнитной обработки жидкости, содержащем корпус-трубопровод из магнитомягкого материала и закрепленную на его оси магнитную систему, представляющую собой последовательность установленных вдоль длины корпуса-трубопровода радиально намагниченных постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности, с каналом для протекающей жидкости между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью корпуса-трубопровода, согласно изобретению в него введены аксиально намагниченные магниты с чередующимися направлениями намагниченности, размещенные путем чередования с радиально намагниченными магнитами, при этом полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода полюсов радиально намагниченных постоянных магнитов совпадают с полярностями обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных постоянных магнитов.

Внешний диаметр радиально намагниченных постоянных магнитов меньше внешнего диаметра аксиально намагниченных постоянных магнитов.

Между аксиально и радиально намагниченными постоянными магнитами установлены вставки из немагнитного материала.

Аксиально намагниченные постоянные магниты выполнены составными из двух отдельных постоянных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности, а между этими двумя отдельными частями составных аксиально намагниченных постоянных магнитов установлены вставки из магнитомягкого материала.

Каждая вставка из магнитомягкого материала выполнена составной из двух отдельных, соединенных подвижным соединением частей, с возможностью изменения аксиальной длины каждой из составных вставок.

Использование в устройстве магнитной системы в виде последовательности установленных вдоль длины корпуса-трубопровода на его оси постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности, выполненной таким образом, что радиально намагниченные постоянные магниты с чередующимися направлениями намагниченности чередуются с аксиально намагниченными постоянными магнитами, также имеющими чередующиеся направления намагниченности, а полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода полюсов радиально намагниченных магнитов совпадают с полярностями обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных магнитов, позволяет значительно повысить плотности магнитного потока вблизи обращенных друг к другу полюсных поверхностей аксиально и радиально намагниченных магнитов и получить такое распределение магнитного поля, при котором плотность магнитного потока быстро уменьшается при удалении от обращенных друг к другу полюсных поверхностей аксиально и радиально намагниченных магнитов. Это позволяет значительно повысить амплитуду и градиент напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля в зазоре кольцевого сечения между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью корпуса-трубопровода, по которому протекает жидкость, и тем самым повысить эффективность магнитной обработки жидкости.

Сущность изобретения и возможные варианты исполнения устройства поясняются рисунками фиг.1-6, на которых 1 - корпус-трубопровод из магнитомягкого материала с закрепленной на его оси магнитной системой, представляющей собой последовательность установленных вдоль оси корпуса-трубопровода 1 радиально намагниченных постоянных магнитов 2 с чередующимися направлениями намагниченности. Аксиально намагниченные постоянные магниты 3 с чередующимися направлениями намагниченности чередуются с радиально намагниченными постоянными магнитами 2. Буквами "N" и "S" обозначены полярности магнитных полюсов магнитов. Полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода полюсов радиально намагниченных магнитов 2 совпадают с полярностями обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных магнитов 3. Крепление магнитной системы на оси корпуса-трубопровода 1 может быть выполнено, например, с помощью показанного на фиг.1, 3, 4, 5 немагнитного вала 4 с закрепленными у его торцов немагнитными шайбами 5, снабженными отверстиями 6 для прохождения обрабатываемой жидкости, либо с помощью показанной на фиг.2 немагнитной трубы 7, у торцов которой закреплены немагнитные шайбы 5, также снабженные отверстиями 6 для прохождения обрабатываемой жидкости. Рабочим каналом для протекающей жидкости во всех исполнениях, как и в аналоге и прототипе, служит зазор кольцевого сечения между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью магнитомягкого корпуса-трубопровода.

В показанных на фиг. 1, 2 вариантах исполнения магнитная система устройства включает в себя только последовательность установленных вдоль длины корпуса-трубопровода 1 радиально намагниченных магнитов 2 с чередующимися направлениями намагниченности, с которыми чередуются аксиально намагниченные магниты 3 также с чередующимися направлениями намагниченности, а полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода 1 полюсов радиально намагниченных магнитов 2 совпадают с полярностью обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных магнитов 3. Увеличение амплитуды и градиента напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля при таком взаимном размещении аксиально и радиально намагниченных магнитов обеспечивается значительным увеличением плотности магнитных силовых линий на поверхности магнитной системы вблизи обращенных друг к другу полюсных поверхностей магнитов 2, 3 с радиальной и аксиальной намагниченностью, и быстрое снижение этой плотности магнитных силовых линий по мере удаления от областей вблизи обращенных друг к другу полюсных поверхностей магнитов 2, 3 с радиальной и аксиальной намагниченностью. Благодаря этому возрастают амплитуда и градиент напряженности магнитного поля на поверхности магнитной системы, в канале для протекающей жидкости, и повышается эффективность магнитной обработки жидкости.

Возможно также исполнение предложенного устройства для магнитной обработки жидкости, в котором внешний диаметр радиально намагниченных постоянных магнитов меньше внешнего диаметра аксиально намагниченных постоянных магнитов. На внешней поверхности радиально намагниченных магнитов при этом могут быть размещены втулки из немагнитного материала. И это исполнение магнитной системы устройства по сравнению с аналогом и прототипом позволяет получить значительное увеличение плотности магнитных силовых линий на ее поверхности вблизи областей с обращенными друг к другу поверхностями магнитов с аксиальной и радиальной намагниченностью и быстрое снижение плотности магнитных силовых линий по мере удаления от этих областей, благодаря чему увеличиваются амплитуда и градиент напряженности магнитного поля на поверхности магнитной системы и повышается эффективность устройства для магнитной обработки жидкости. Существенным достоинством этого исполнения, в особенности с применением втулок из немагнитного материала, размещенных на внешней поверхности радиально намагниченных магнитов, является возможность использования составных, набранных из отдельных секторов или из элементов другой формы радиально намагниченных магнитов с использованием наиболее современных магнитотвердых материалов с редкоземельными металлами, что позволяет еще значительнее повысить амплитуду и градиент напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля и тем самым улучшить эффективность устройства для магнитной обработки жидкости.

Сказанное поясняется рисунком фиг.3, на котором показано такое исполнение магнитной системы, в котором внешний диаметр радиально намагниченных магнитов 2 меньше внешнего диаметра аксиально намагниченных магнитов 3, и на внешней поверхности радиально намагниченных магнитов 2 могут быть размещены втулки 8 из немагнитного материала. Значительное увеличение плотности магнитных силовых линий на внешней поверхности магнитной системы устройства здесь также наблюдается вблизи областей с обращенными друг к другу поверхностями магнитов 2, 3 с радиальной и аксиальной намагниченностью, как и быстрое снижение этой плотности магнитных силовых линий по мере удаления от этих областей. Это обеспечивает увеличение амплитуды и градиента напряженности магнитного поля на внешней поверхности магнитной системы, в канале для протекающей жидкости, и повышение эффективности устройства. Использование втулок 8 из немагнитного материала обеспечивает возможность использования составных, набранных из отдельных секторов или из элементов другой формы радиально намагниченных магнитов, с использованием наиболее современных магнитотвердых материалов с редкоземельными металлами, что позволяет еще значительнее повысить амплитуду и градиент напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля и тем самым еще больше улучшить эффективность устройства для магнитной обработки жидкости. Крепление магнитной системы на оси корпуса-трубопровода 1 при этом может быть выполнено как по схеме фиг.3 с помощью немагнитного вала 4 с закрепленными на нем у торцов магнитной системы немагнитными шайбами 5 с отверстиями 6 для прохождения обрабатываемой жидкости, так и по схеме фиг.2 с помощью тонкостенной немагнитной трубы 7 с закрепленными в ней у торцов магнитной системы немагнитными шайбами 5, имеющими отверстия 6 для прохождения обрабатываемой жидкости.

Возможно также исполнение предлагаемого устройства для магнитной обработки жидкости, в магнитной системе которого между аксиально и радиально намагниченными постоянными магнитами размещены вставки из немагнитного материала, что позволяет практически без снижения амплитуды напряженности магнитного поля увеличить аксиальную длину областей с высокой напряженностью магнитного поля вблизи полюсов аксиально и радиально намагниченных постоянных магнитов и тем самым увеличить аксиальную длину пространства, в котором осуществляют магнитное воздействие на жидкость, и увеличить длительность магнитной обработки жидкости, что способствует повышению эффективности устройства.

Это поясняется рисунком фиг.4 устройства для магнитной обработки жидкости, конструкция магнитной системы которого отличается от конструкции магнитной системы в показанных на фиг.1, 2 устройствах наличием немагнитных вставок 9 между радиально и аксиально намагниченными магнитами 2 и 3. Радиально намагниченные магниты и в этом случае также могут иметь внешний диаметр, меньший внешнего диаметра аксиально намагниченных магнитов, и на внешнем диаметре радиально намагниченных магнитов могут быть размещены, как показано на фиг.3, втулки 8 из немагнитного материала. Введение немагнитных вставок 9 между аксиально и радиально намагниченными магнитами увеличивает длину областей с высокими напряженностями магнитного поля вблизи обращенных друг к другу полюсов аксиально и радиально намагниченных магнитов, увеличивает длину канала с воздействующим на жидкость магнитным полем и благодаря этому увеличивает длительность магнитной обработки жидкости, что способствует повышению эффективности устройства.

Возможно также исполнение устройства, в магнитной системе которого аксиально намагниченные постоянные магниты выполнены составными из двух отдельных постоянных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности, а между этими отдельными частями составных аксиально намагниченных постоянных магнитов установлены вставки из магнитомягкого материала. Это позволяет практически без снижения амплитуды напряженности магнитного поля увеличить длину областей с высокими напряженностями магнитного поля и тем самым увеличить длину канала с воздействующим на жидкость магнитным полем и увеличить длительность магнитной обработки жидкости, что способствует повышению эффективности устройства.

Сказанное поясняется рисунком фиг.5, на котором показан вариант исполнения устройства, в котором аксиально намагниченные магниты 3 выполнены составными из двух отдельных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности и между этими отдельными частями аксиально намагниченных магнитов 2 установлены вставки 10 из магнитомягкого материала. Радиально намагниченные магниты при этом могут иметь как одинаковый внешний диаметр с аксиально намагниченными магнитами, так и внешний диаметр, меньший внешнего диаметра кольцевых аксиально намагниченных магнитов. В последнем случае на внешнем диаметре радиально намагниченных магнитов могут быть установлены втулки 8 из немагнитного материала. Крепление такой магнитной системы на оси корпуса-трубопровода 1 может осуществляться как по схеме фиг.5, с помощью немагнитного вала 4 с закрепленными на нем у торцов магнитной системы немагнитными шайбами 5, имеющими отверстия 6 для прохождения обрабатываемой жидкости, так и по схеме фиг.2, с помощью тонкостенной немагнитной трубы 7 с закрепленными на ней у торцов магнитной системы немагнитными шайбами 5, имеющими отверстия 6 для прохождения обрабатываемой жидкости. Введение в конструкцию составных аксиально намагниченных магнитов из двух отдельных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности и с магнитомягкими вставками между этими частями составных магнитов практически без уменьшения амплитуды напряженности магнитного поля увеличивает аксиальную длину канала с воздействующим на жидкость магнитным полем, благодаря чему увеличивается длительность магнитной обработки жидкости, что способствует повышению эффективности устройства.

Возможно также исполнение устройства с составными аксиально намагниченными постоянными магнитами, из двух отдельных постоянных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности и установленными между этими отдельными частями составных магнитов вставками из магнитомягкого материала, в котором вставки также выполнены составными из двух отдельных, соединенных подвижным соединением частей с возможностью изменения аксиальной длины каждой из таких составных вставок. Это позволяет осуществлять регулировку длины канала с действующими на жидкость магнитным полем и распределением магнитного поля в этом канале, с выбором оптимального режима магнитной обработки жидкости, что также способствует повышению эффективности устройства.

Сказанное поясняется рисунком фиг.6, на котором показан вариант исполнения составных, аксиально намагниченных магнитов 3 из двух отдельных частей с одинаковыми направлениями намагниченности, с установленными между этими отдельными частями составных магнитов вставками из магнитомягкого материала, которые также выполнены составными из двух отдельных, соединенных подвижным, например резьбовым, соединением частей 11, 12, что позволяет осуществлять изменения аксиальной длины каждой из таких составных вставок и благодаря этому осуществлять регулировку длины канала с действующим на жидкость магнитным полем и распределение магнитного поля в этом объеме с выбором оптимального режима магнитной обработки жидкости. При этом обеспечиваются регулировка и амплитуды, и градиента напряженности воздействующего на жидкость магнитного поля, что обеспечивает выбор оптимального режима магнитной обработки жидкости и способствует повышению эффективности устройства.

Формула изобретения

1. Устройство для магнитной обработки жидкости, содержащее корпус-трубопровод из магнитомягкого материала и закрепленную на его оси магнитную систему, представляющую собой последовательность установленных вдоль длины трубы радиально намагниченных постоянных магнитов с чередующимися направлениями намагниченности с каналом для протекающей жидкости между внешней поверхностью магнитной системы и внутренней поверхностью корпуса-трубопровода, отличающееся тем, что в него введены аксиально намагниченные магниты с чередующимися направлениями намагниченности, размещенные путем чередования с радиально намагниченными магнитами, при этом полярности обращенных к внутренней поверхности корпуса-трубопровода полюсов радиально намагниченных постоянных магнитов совпадают с полярностями обращенных к ним полюсов аксиально намагниченных постоянных магнитов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внешний диаметр радиально намагниченных постоянных магнитов меньше внешнего диаметра аксиально намагниченных постоянных магнитов.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что между аксиально и радиально намагниченными постоянными магнитами установлены вставки из немагнитного материала.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что аксиально намагниченные постоянные магниты выполнены составными из двух отдельных постоянных магнитов с одинаковыми направлениями намагниченности, а между этими двумя отдельными частями составных аксиально намагниченных постоянных магнитов установлены вставки из магнитомягкого материала.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что каждая вставка из магнитомягкого материала выполнена составной из двух отдельных соединенных подвижным соединением частей с возможностью изменения аксиальной длины каждой из составных вставок.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6